Effet de la température sur les interactions trophiques et intraguildes au sein d’un système plante-herbivore-ennemis naturels : modélisation et approches expérimentales

Abstract

Il est maintenant reconnu que les changements climatiques ont des impacts importants sur l’ensemble des organismes vivants. Parmi les facteurs de ces changements, la température occupe une place prépondérante pour les organismes ectothermes car elle régule leur métabolisme. Toutefois, bien que les effets de la température sur les individus d’une espèce soient largement connus, les connaissances demeurent limitées quant aux conséquences sur les interactions trophiques. Dans ce contexte, notre étude s’intéresse aux effets de la température sur un système biologique composé d’une plante, le poivron Capsicum annuum L., d’un herbivore, le puceron Myzus persicae Sulzer (proie extraguilde), ainsi que de deux de ses ennemis naturels : la coccinelle maculée Coleomegilla maculata lengi Timberlake (prédateur intraguilde) et la cécidomyie prédatrice Aphidoletes aphidimyza Rondani (proie intraguilde). Dans ce but, nous avons opté pour une approche multiple comprenant : (1) la modélisation des interactions prédateur-proie et intraguilde (prédation entre deux compétiteurs d’espèces différentes qui exploitent une même ressource), (2) la réalisation d’expériences empiriques en laboratoire permettant de tester les prédictions des modèles et de caractériser l’effet de la température et de ses variations sur les composantes du système biologique étudié. Conformément aux prédictions d’un premier modèle, nous mettons en évidence que, lorsque la température augmente, C. maculata est plus efficace pour trouver et manipuler ses proies, ce qui augmente le taux de prédation. En revanche, à haute température son efficacité de recherche décroît, ce qui entraîne une diminution du taux de prédation. L’activité de prédation se limite donc à une fenêtre thermique en dehors de laquelle elle est réduite ou nulle. Par la suite, nous comparons un modèle linéaire et un modèle non-linéaire (saturant à haute densité de proies) afin de déterminer lequel de ces deux modèles décrit le mieux la réponse fonctionnelle d’un prédateur intraguilde, c’est-à-dire la relation entre le nombre de proies consommées et la densité de proies. Nos résultats expérimentaux démontrent que les prédictions du modèle non-linéaire correspondent bien aux observations empiriques, tandis que le modèle linéaire surestime largement le nombre de proies consommées et la fréquence des interactions intraguildes. Par la suite, nous dérivons le modèle non-linéaire afin d’y inclure l’effet de la température. Comme prédit par ce dernier modèle, la prédation intraguilde devient plus fréquente lorsque la température augmente mais diminue lorsqu’il y a davantage de proies extraguildes. Dans une dernière étude, nous soumettons le système biologique à des pics de température. Nos résultats démontrent que ces pics diminuent la fécondité des pucerons, l’accroissement de leurs populations, le poids des larves de coccinelles et le contrôle des pucerons par les coccinelles mais n’ont pas d’effets sur la plante et les relations plante-insecte. Le système biologique s’avère également plus résistant aux pics de température en présence de coccinelles qu’en leur absence. En conclusion, notre étude souligne l’importance de considérer la température dans les interactions trophiques puisqu’elle influence le comportement des organismes et la fréquence de leur interaction, ce qui se répercute au niveau des populations et des communautés.

There are several pieces of evidence that climate change significantly impact plants, herbivores, and predators. For ectotherms, temperature is the most important factor associated with these changes as it regulates their metabolism. Although the effects of temperature on individual organisms or populations have been well documented, our understanding about their consequences on trophic and guild interactions remains limited. In this context, we investigated the effects of temperature on complex interactions between a plant, the pepper Capsicum annuum L.; an herbivore, the aphid Myzus persicae Sulzer (extraguild prey); and two of its natural enemies, the ladybeetle Coleomegilla maculata lengi Timberlake (intraguild predator) and the predatory midge Aphidoletes aphidimyza Rondani (intraguild prey). We combined two approaches: (1) modeling predator–prey and intraguild (predation between two species that compete for the same resource) interactions, and (2) testing model predictions and characterizing the effects of temperature on components of our biological system through laboratory experiments. As predicted by the first model, we found that when temperature rises, C. maculata is more efficient at finding and handling prey, which increases predation rate. However, search rate decreases at high temperatures, leading to a reduction in predation. The predatory activity is therefore limited to a temperature window outside of which predation is reduced or absent. The next objective was to compare two models, one linear and one nonlinear, to determine which one best describes the functional response (the relationship between the number of prey consumed and prey density) of an intraguild predator. Results indicated that predictions of the nonlinear model (i.e., saturating at high prey densities) fit empirical observations well while the linear model greatly overestimates the number of prey consumed and the incidence of intraguild predation. Subsequently, we derived the nonlinear model to include the effect of temperature. As predicted by this model, we found that the incidence of intraguild predation increases with temperature but decreases when extraguild prey are more abundant. In a last experiment, we investigated the effects of temperature peaks on each component of our biological system. Results showed that temperature peaks reduce aphid fecundity and thereby population growth, decrease the weight of ladybeetle larvae, and decrease aphid control by ladybeetles, but have no effect on plants or plant–insect relationships. We also observed that the food chain is more resistant to temperature peaks when ladybeetles are included in the system than when they are absent. This suggests that ecosystems with predators exerting strong biotic control on prey population should be more resistant to climate change than ecosystem lacking them. In conclusion, our study highlights the importance of considering temperature in trophic and guild interactions since it influences the behavior of organisms as well as the frequency of interactions that affect population and community dynamics.